一种分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115954218A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211452951.3(22)申请日2022.11.18(71)申请人浙江科技学院地址310023浙江省杭州市西湖区留和路318号(72)发明人黄星雨陈璐丁晓良胡志军(74)专利代理机构南京智转慧移知识产权代理有限公司32649专利代理师苏秋丽(51)Int.Cl.H01G11/86(2013.01)H01G11/32(2013.01)H01G11/24(2013.01)H01G11/40(2013.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法，属于电化学储能材料加工与应用技术领域。该制备方法为将固化交联法制备得到的纳米纤维纤丝/水溶性树脂湿凝胶通过预固化/碳化过程在管式炉中一步得到碳气凝胶电极材料。该碳气凝胶具有分级多孔，相较于单一孔隙结构的碳气凝胶，分级多孔可以有效的提升碳气凝胶的比电容量。CN115954218ACN115954218A权利要求书1/2页1.一种分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，将固化交联法制备得到的纳米纤维纤丝/水溶性树脂湿凝胶通过预固化/碳化过程在管式炉中一步得到碳气凝胶电极材料。2.根据权利要求1所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过TEMPO氧化法制备得到CNF分散液；(2)将步骤(1)中制备好的分散液与水溶性树脂溶液混合分散，配置与水溶性树脂等比例的固化剂溶液和去离子水，分别缓慢滴入正在搅拌的溶液中，持续搅拌后静置凝胶，置于烘箱中老化，得到高强度的湿凝胶网络；(3)将步骤(2)中得到的湿凝胶样品置于管式炉中分段升温预固化和碳化，得到分级多孔碳气凝胶。3.根据权利要求2所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中CNF分散液的制备方法包括：首先称取木质纤维原料置于搅拌机中，加入去离子水分散均匀，然后倒入烧杯中，继续加入去离子水、TEMPO催化剂和溴化钠，搅拌均匀后缓慢加入NaClO溶液，常温下搅拌，并用NaOH溶液调节整个反应体系的pH值，使其稳定在9.5‑10.5直至反应结束；用砂芯漏斗过滤反应液，并用大量去离子水洗至中性，得到TEMPO氧化的纤维素；最后配置TEMPO氧化纤维素悬浮液，倒入高压均质机中以100MPa的压力循环均质得到CNF分散液；TEMPO氧化纤维素悬浮液的浓度为0.5wt％‑1wt％，CNF分散液的浓度为2wt％‑3wt％。4.根据权利要求2所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的水溶性树脂和对应的固化剂具体为：当水溶性树脂为水溶性酚醛树脂时，对应的固化剂为无机和有机的中强酸；当水溶性树脂为水溶性环氧树脂时，对应的固化剂为脂肪族二胺、脂肪族多胺、芳香族多胺、含氮化合物、改性脂肪胺、有机酸、酸酐、三氟化硼及其络合物；当水溶性树脂为水溶性三聚氰胺甲醛树脂或水溶性脲醛树脂时，对应的固化剂为硫酸、盐酸、甲酸、氯化铵或硫酸铵：当水溶性树脂为水溶性聚氨酯树脂溶液时，对应的固化剂为甲苯二异氰酸酯、三羟甲基丙烷或缩二脲多异氰酸酯；当水溶性树脂为水溶性不饱和聚酯树脂时，对应的固化剂为过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰或过氧化甲乙酮；当水溶性树脂为水溶性丙烯酸树脂溶液时，对应的固化剂为异氰酸酯、吡啶、氨基树脂、带环氧基团树脂、四异丙氧基钛、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、聚氯化乙烯、淀粉、水溶性天然胶、甲基纤维素、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素钠。5.根据权利要求2所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的混合分散液的比例为水溶性树脂固含量：CNF固含量为0.2∶1‑2∶1，混合方法为磁力搅拌，时间为2‑4h。6.根据权利要求2所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中制备得到的凝胶含水率为75％‑90％，老化时间为6‑12h，老化的温度为65‑80℃。7.根据权利要求2所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中管式炉的预固化温度为200‑300℃，预固化时间为1‑3h。2CN115954218A权利要求书2/2页8.根据权利要求1或2所述分级多孔纤维素基碳气凝胶超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，预固化后升温进行碳化过程，碳化温度为500‑1000℃，碳化时间为2‑4